69026

Модулированные сигналы. Сигналы с импульсной модуляцией

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Сигналы с импульсной модуляцией. В основу формирования всех видов импульсной модуляции положена теорема В. При импульсной модуляции переносчиком выступает периодическая последовательность видеоимпульсов с периодом следования Т и длительностью.

Русский

2014-09-28

152 KB

8 чел.

Лекция 3.3

Тема 3. Модулированные сигналы.

Занятие 3.Сигналы с импульсной модуляцией.

  1.  Общие сведения о сигналах.

Временное представление сигналов с ИМ.     Разновидности сигналов с ИМ.

Спектральные характеристики сигналов с ИМ.

Сравнительные характеристики сигналов с ИМ.

Учебные вопросы

Общие сведения о СИМ.

В основу формирования всех видов импульсной модуляции положена теорема В. А. Котельникова о возможности точного восстановления непрерывного сигнала ( с финитным спектром) по его дискретным отсчетам. Интервал между отсчетами одного сигнала заполняется отсчетами другого сигнала (временное уплотнение).

При импульсной модуляции переносчиком выступает периодическая последовательность видеоимпульсов с периодом следования Т и длительностью . Модулирующим сигналом может быть любой первичный сигнал вида

Если верхней частотой модулирующего сигнала  является F=Fмакс, то период следования импульсов переносчика                                                      (3.3.1)

При этом период Т по физическому смыслу совпадает с интервалом дискретизации по Котельникову, введенном на лекции 2.11.

Каждому n- ому импульсу переносчика должно быть присвоено значение информационного признака модулирующего по правилу:

где:-значение отсчета информационного параметра для n-ого импульса

           -значение отсчета модулирующего сигнала в момент t=nT

           -коэффициент пропорциональности между значением отсчета модулирующего сигнала и значением отсчета информационного параметра.

Между видами импульсной модуляции и выбором информационного параметра существует зависимость:

Информационный параметр( параметр импульса)

Вид импульсной модуляции

Амплитуда

АИМ

Длительность

ШИМ( ДИМ)

Начальная фаза( относительно тактового отсчета)

ФИМ

Частота следования

ЧИМ

Нельзя забывать, что восстановление значений отсчетов  в результате демодуляции по принятым значениям  еще не обеспечивает восстановление всего сигнала . Для реализации условий теоремы Котельникова принятую восстановленную совокупность отсчетов  необходимо пропустить через ФНЧ с откликом вида sinc(x), т.е. ФНЧ с “почти прямоугольной” ЧХ.

Временное представление сигналов с импульсной модуляцией .

Правила формирования сигналов ИМ иллюстрируются рисунком 3.3.1.

Из рисунка следует : сигналы АИМ различаются только амплитудой  (3.3.3.) , частота следования тактовой последовательности (переносчика), длительность импульсов неизменны.

Сигналы ШИМ постоянны по амплитуде, но при постоянной частоте импульсной последовательности меняется длительность импульса пропорционально значению  :  (3.3.4.)

При ФИМ постоянно средняя частота импульсной последовательности                          ,, меняется временное положение импульса относительно тактового отсчета: ), =,     ( 3.3.5)

где F- тактовая частота.

При ЧИМ (U ) изменяется количество импульсов последовательности, генерируемых в единицу времени( мгновенная частота):

( 3.3.6)

, где   - изменение значения   между  n-м и (n+1)-м отсчётами,

- изменение длительности промежутка между началами n-го и (n+1)-го импульсов.

Изображение на рис.3.3.1. модулированные сигналы являются видеопоследовательностями. Очень часто для передачи по линии связи используются последовательности радиоимпульсов. Для этого видеопоследовательность вторично модулируют. В результате формируются радиопоследовательности  с двойной модуляцией : АИМ-АМ, ФИМ-АМ и т.д. (рис 3.3.2.)

На рис.3.3.2. как разновидность радиосигналов с двойной импульсной модуляцией представлены сигналы высокочастотной ЧИМ (ВЧИМ):

                  (3.3.7.)

где  частота высокочастотного заполнения n-го радиоимпульса, а так же сигналы высокочастотной ФИМ (ВФИМ):

где- начальная фаза высокочастотного колебания с частотой   в n-м радиоимпульсе.

Возможны и другие варианты импульсной однократной и двойной модуляции ( крутизна фронтов, крутизна спада вершины и т.д.)

Спектральные характеристики сигналов с импульсной модуляцией.

Базовой моделью для построения амплитудных спектров сигналов с ИМ является спектр периодической импульсной видеопоследовательности с параметрами  (рис.3.3.3.).

Если такой переносчик подвергнут АИМ непрерывным первичным сигналом  с полосой частот в границах , то изображение спектра имеет вид, представленный на рис.3.3.4.

Данный рисунок ярко иллюстрирует положения теоремы Котельникова о том, что частота последовательности отсчётов непрерывного сигнала. В противном случае нарушаются условия разделения спектров первичного сигнала  в спектре дискретного сигнала.

Таким образом , рис.3.3.4. - это вариант представления теоремы Котельникова в ортогональном базисе Фурье ( до сих пор эта теорема рассматривалась в ортогональном базисе Котельникова - функций вида sinc(x).)

Поскольку границы реального спектра определяются, главным образом, поведением огибающей амплитудного спектра, а вид огибающей связан только с длительностью импульса

A

но можно утверждать, что реальная ширина спектров АИМ, ФИМ,ЧИМ практически совпадают . Можно также показать, что при модуляции случайным сигналом с m эффективная полоса энергетического спектра сигналов ШИМ  практически не отличаются от аналогового показателя других сигналов ИМ. При двойной ИМ спектр смещается в область .

Сравнительные характеристики сигналов с ИМ

Выбор вида модуляции разработчиком всецело определяется совокупностью требований к разрабатываемому изделию. В данном случае речь должна идти о требованиях на физическом уровне.

К числу таких требований обычно относятся:

требуемая помехоустойчивость

спектральная экономичность

энергетическая эффективность

Для сигналов ИМ специфическим является требование по максимальным возможностям временного уплотнения.

В табл. 3.3.1 сведены сравнительные данные по видам ИМ:

Возм. уст..

Помехоустойчивость.

Спектр. Эф.

Энерг. Эф.

Сумма

М

АИМ

1

4x2

1x0.5

1

10.5

2

ШИМ

2

2x2

4x0.5

4

12

3

ФИМ

3

1x2

2x0.5

2

8

1

ЧИМ

4

3x2

3x0.5

3

14.5

4

 

В реальных технических системах предпочтение отдают действительно ФИМ.

   


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71285. РЕГИСТРЫ 174 KB
  В зависимости от способа записи информации кода числа различают параллельные последовательные и параллельно последовательные регистры. Их функция сводится только к приему хранению и передаче информации двоичного числа. Параллельный Nразрядный регистр состоит из N триггеров...
71286. Триггеры как элементы памяти и двоичной информации 180.5 KB
  Указанное свойство триггера обусловлено тем что факторами воздействующими на его состояния являются не только внешние управляющие сигналы но и сигналы самого триггера сигналы обратной связи. Их отличают функциональный признак определяющий поведение триггера при воздействии...
71287. ФИЛОСОФИЯ КАК МЕТОДОЛОГИЯ СИНТЕЗА МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫХ ЗНАНИЙ 36.5 KB
  Дифференциация была долгое время ведущей тенденцией в сфере науки. Это привело к тому, что, несмотря на большие успехи, достигнутые наукой на пути прогрессирующей специализации, происходил рост рассогласования научных дисциплин. Возник кризис единства науки.
71288. ФИЛОСОФИЯ ГЛОБАЛЬНОГО ЭВОЛЮЦИОНИЗМА 116.5 KB
  Процесс становления данной концепции имеет длительную историю. Долгое время в философии и науке господствовал метафизический подход в понимании сущности бытия. Согласно ему, все природные и социальные объекты рассматриваются как стабильные, неизменные образования, лишенные внутренней связи и развития
71289. ТЕХНИКА И ТЕХНИЧЕСКАЯ РАЦИОНАЛЬНОСТЬ 71 KB
  Техника является предметом изучения самых различных дисциплин как технических, так естественных и общественных. Количество специальных технических дисциплин возрастает в наше время с поразительной быстротой, поскольку не только различные отрасли техники, но и разные аспекты этих отраслей становятся предметом их исследования.
71290. СТРУКТУРА И УРОВНИ НАУЧНОГО ПОЗНАНИЯ И ОРГАНИЗАЦИИ ЗНАНИЯ 89 KB
  Научное познание сложившаяся на его основе система знания представляют собой сложно организованную целостность, отличающуюся особой структурной организацией.
71291. СТАТУС И РОЛЬ ФИЛОСОФИИ В ЖИЗНИ ОБЩЕСТВА 59 KB
  Философия представляет собой продукт духовного развития общества и является особым типом мировоззрения, сложившимся в ходе культурно-исторического развития. В связи с этим необходимо рассмотреть смысл понятия «мировоззрение».
71292. Разработка среды научной визуализации для представления процессов намагничивания 7.3 MB
  Пакет DOMEN предназначен для расчёта статического распределения и динамического поведения доменных границ в магнитных плёнках при различных физических свойствах материала плёнок и воздействии внешних электрических и магнитных полей различного типа.
71293. Схемы систем автоматического управления и регулирования 314 KB
  Существует чрезвычайно большое разнообразие автоматических систем, выполняющих те или иные функции по управлению самыми различными физическими процессами во всех областях техники. В этих системах сочетаются весьма разнообразные по конструкции механические...